JPH1140502A - 半導体製造装置のドライクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来、半導体製造装置内壁に付着した堆積膜、
特に、酸化物からなる堆積膜の剥離による塵埃の発生が
問題となっていた。 【解決手段】少なくとも酸化物質を揮発性物質に転換さ
せる元素を含むガスを加えたプラズマを用いてドライク
リーニングを行うことにある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
工程において、基板上に微細加工を施すのに使用される
半導体製造装置内のドライクリーニングを行う方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程において、塵埃
（異物）が基板に付着すると、目的のデバイスのパター
ン欠陥を引き起こし、製造工程における歩留まりを低下
させる。

【０００３】これに対して、近年の製造工程の微細加工
においては、プラズマを利用するドライエッチングプロ
セスが重要になっている。すなわち、各種ガスを装置内
に導入し、導入したガスのプラズマの反応を利用してエ
ッチングを行うものである。このようなプロセスでは、
エッチングにともなって発生する生成物が装置内壁のい
たるところに堆積物となって付着する。すなわちドライ
エッチングにおいてはエッチングガスがプラズマ中で分
解や結合されること、また、エッチングにより生成され
るエッチング副生成物により装置内壁に堆積膜が付着す
る。このような堆積膜は、処理枚数が増加し膜厚が厚く
なると部分的に剥離して塵埃となる。そこで、これらの
付着堆積物を定期的に除去する必要が生じる。

【０００４】従来、このような付着堆積物の除去方法と
しては、装置を大気開放してアルコールや純水等の溶媒
を用いて拭き取る、いわゆるウェットクリーニングと、
クリーニング用のプラズマを用いて行うドライクリーニ
ングが知られている。ドライクリーニング方法の例とし
ては、特開平6-185785号公報に開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
のクリーニング方法は以下に示す問題がある。

【０００６】まず、ウェットクリーニングに関しては、
装置を開放し分離する必要があるためウェットクリーニ
ング後の真空排気が必要となる。したがって、クリーニ
ング毎に長時間装置を停止させることとなり、著しい装
置稼働率の低下、スループットの低下を引き起こす。

【０００７】次に、特開平6-185785号公報に記載されて
いるドライクリーニングは、エッチングとともなう発生
生成物を除去する際に、ドライクリーニング用のプラズ
マに対して揮発性を有する物質をリアクタ内に設置、プ
ラズマにより前記物質をガス化してクリーニングに供す
るものである。

【０００８】この方法によれば、リアクタ内の不要堆積
物に対するクリーニング効果の向上は期待できるが、リ
アクタ内に設置した物質を揮発性させるためにある程度
のエネルギーを有したプラズマを発生させる必要があ
る。リアクタ内には堆積物が一様に付着してるいるわけ
ではなく、付着量の少ない所や付着していない部分も存
在し、このような部分はプラズマによりダメージをうけ
ることになるという問題が生ずる。

【０００９】本発明の目的は、低エネルギーのプラズマ
でもクリーニング効果が発揮されるドライクリーニング
方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、半導体製造
装置内に導入されたガスをプラズマ化し、試料台上に設
置された基板を、該プラズマにより処理する半導体製造
装置の内部をプラズマを用いてクリーニング処理する半
導体製造装置のドライクリーニング方法において、酸化
物質を揮発性物質に転換させる元素を含むガスを用いた
プラズマにより該半導体製造装置の内部に堆積した物質
をクリーニングすることによって達成される。

【００１１】なお、酸化物を揮発性物質に転換するため
のプラズマを形成するガスは、少なくとも炭素基、もし
くは水素基を含むことが好ましい。

【００１２】除去対象とする物質を揮発性に転換させる
ための元素を、固体物質ではなく気体物質からプラズマ
中に供給するために、クリーニングに有効な元素が不足
が生ずることはなく、低エネルギーのプラズマでもクリ
ーニング効果が発揮される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下本発明のドライクリーニング
方法の実施例について図に従って詳細に説明する。

【００１４】図１に本発明に係るドライクリーニング方
法に使用されたマイクロ波エッチング装置の処理室の構
成図を示す。また、図２にはエッチングされる基板の表
面近傍の断面図の模式図を示す。

【００１５】図１を用いて、エッチング処理室の動作に
ついて説明する。図１において、１は微細加工を施すシ
リコンウエハ（基板）２、３は各々、石英ベルジャー、
メインチャンバーであり、真空雰囲気を作る。４は真空
排気のための排気口、５はエッチング、あるいはドライ
クリーニングのためのガス導入口である。６は、ウエハ
を固定保持する基板ステージであり、７はウエハをクラ
ンプするクランパーである。図面ではメカニカルクラン
プの例を示しているが、静電吸着方式によるウエハ固定
方式を用いても良い。このクランパーは一般的に、例え
ばアルミナセラミックス等のセラミックスで製作される
ことが多い。８はアース板であり、９はアース８とウエ
ハステージ７との間にRFバイアスを印加するための高周
波電源である。

【００１６】マイクロ波エッチング装置は、まず、高真
空排気後発生させるプラズマのガス導入する。そして、
マイクロ波１０をマグネトロン（図示しない）から発
振、導波管１１を通して石英ベルジャ２（処理室）内に
導入して、処理室の周囲に配置されたソレノイドコイル
１２により形成する磁場との共鳴（ECR）により、処理
室のガスをプラズマ化し、そのプラズマ１３を利用して
エッチングを行う。アース７とウエハステージ６との間
には、イオンを引き込むことにより異方性エッチングを
行う目的で、高周波は電源９によりRFバイアスが印加さ
れる。

【００１７】この際、エッチングガスがプラズマ中で分
野や結合されると、エッチング処理の副産物としてでき
る反応生成物が、石英ベルジャ２、メインチャンバー
３、ガス導入口５、クランパー７等の処理室構成部品に
付着して、堆積膜１４を形成する。すでに述べたよう
に、このような堆積膜は、処理枚数が増加し膜厚が厚く
なると部分的に剥離して塵埃となり、デバイスのパター
ン欠陥の原因となる。

【００１８】一連のエッチング処理終了後、エッチング
処理中に装置内に付着した不要堆積物１４を除去するた
めに、クリーニングプラズマによる装置内のクリーニン
グが行われる。クリーニングの頻度は、一般的に装置内
壁の汚染具合によって任意に選択される。クリーニング
が終了すればエッチング処理が開始される。

【００１９】ところで、ポリシリコンやタングステンシ
リサイド、モリブデンシリサイド等のシリコンの高融点
金属化合物は、半導体素子を構成する上で重要な電極配
線材料である。これらの材料は、例えばClガスをプラズ
マ化させ、プラズマ中で解離させてウエハを叩くことに
よってエッチング進行する。すなわち、物理的なイオン
衝撃による効果と蒸気圧の高い化合物、この場合はSiCl
を形成し蒸発させる化学的効果との両方の作用によって
エッチングを進行させていく。図２はエッチングされる
基板の表面近傍の断面図の模式図を示したものであり、
１６はポリシリコンやタングステンシリサイド、モリブ
デンシリサイド等のシリコンの高融点金属化合物からな
る被エッチング材であり、１５はこれらの下地にあたる
半導体基板である。ポリシリコンやタングステンシリサ
イド、モリブデンシリサイド等のシリコンの高融点金属
化合物からなる被エッチング材１６を塩素ガスCl2のプ
ラズマによりエッチングによって微細パターンを形成し
ていく場合には、その上にフォトレジストや、場合によ
っては酸化シリコンからなるマスクパターン１７が形成
された後にエッチング処理が施される。

【００２０】このとき、イオン衝撃による叩き出された
シリコンは、すでに述べたように、石英ベルジャ２、メ
インチャンバー３、ガス導入口５、クランパー７等の装
置内壁に付着し堆積膜を形成する。また、SiClの形で気
相中に出てきたものも、プラズマ中で解離、重合して堆
積膜を形成させる。

【００２１】このとき壁面に形成される堆積膜は、当然
のことながらSiの組成を持つが、そればかりではなく、
SiOx(X≦2)やSiCClの組成を持つものが存在する。これ
らは、プラズマによってマスク材料１７から叩き出され
たガス成分や装置内の部品から叩き出されたガス成分と
結合して形成されたものである。すなわち、フォトレジ
ストの炭素から発生したＣガス、酸化シリコンマスクか
ら発生したO2ガス、一般的に半導体製造装置に多く用い
られている装置内の酸化物セラミックスや石英部品、本
実施例の場合では石英(SiO2)の製のベルジャ３から発生
したO2ガス等である。

【００２２】通常ドライクリーニングの際のプラズマ
は、除去対象である堆積物に対して、堆積物と化学反応
を起こし蒸気圧の高い化合物になるガスのプラズマが選
択される。結果的には蒸発・真空排気して除去すること
を目的とする。ポリシリコンやタングステンシリサイ
ド、モリブデンシリサイド等のシリコンの高融点金属化
合物等の対象物がSi化合物である場合には、SF6(六フッ
化硫黄)やNF3(酸フッ化窒素)等のフッ素系のプラズマ一
般的に用いられ、蒸気圧の極めて高いSiF(フッ化シリコ
ン)を形成することによりクリーニングを行う。

【００２３】しかしながら、すでに述べたように、実際
にはこのとき壁面に形成される堆積膜の組成は、プラズ
マによってマスク材料１７や装置内の部品２、４、７等
から叩き出されたガス成分と結合して化合物を形成する
ために、Siのみではなく、SiOxやSiCClの組成を持つも
のが存在している。

【００２４】Siはフッ素により簡単にSiFを形成し蒸発
するし、SiCClも装置内の部品から発生するO2によって
簡単にもしくはCOとSiClに分解されて蒸発する。しか
し、特に、SiOxの組成を持つものは問題となる。シリコ
ンは酸化物となると、フッ素系ガスによるクリーニング
レートが酸化していないシリコンの場合に比べて２分の
１程度に落ちてしまう。シリコンと酸素の結合が強く切
れにくいために、フッ素によるクリーニング効果を遅延
させるからである。したがって、クリーニングに要する
時間が長時間に及ぶことになるし、クリーニングが不完
全なままで、次のエッチング工程に進む場合が生じやす
い。壁面に堆積する、Si、SiOx、SiCClは不規則に堆積
しているために、クリーニングが完了する部分と未完了
の部分が生じやすく、堆積膜はポーラスな状態で残り易
い。さらにオーバークリーニングになる部分はクリーニ
ングプラズマによってダメージを受けることになって、
返って異物を発生させやすい膜構造になる場合が生ず
る。

【００２５】本発明によれば、ドライクリーニング実施
時に、酸化物質が揮発性物質に転換されるプラズマによ
るステップを含んでいるために、たとえSiOxの組成を持
つ堆積物が存在しても効率的にクリーニングを行うこと
ができる。具体的には、酸化物を揮発性物質に転換する
ためのプラズマを形成するガスは、少なくとも炭素、も
しくは水素を含んでいるものである。

【００２６】シリコンの酸化物(SiOx)については、C、
もしくはHが存在すると分解が早く進行する。酸素はシ
リコンとの結合よりも炭素、もしくは水素との結合の方
がより安定であるために、炭素、水素をクリーニングガ
スプラズマ中に含めることにより、酸素をシリコンから
引き抜く還元作用が起こる。したがって、フッ素系のガ
スに炭素もしくは水素を含むガスを混合してクリーニン
グ用プラズマとすることにより、クリーニング効率が向
上される。

【００２７】すなわち、SiOx+C→Si+CO、もしくはCO2、
または、SiOx+H→Si+H2Oという反応が起こる。還元され
たSiはフッ素により簡単にSiFとなり蒸発する。

【００２８】なお、炭素、水素を含むガスとしては、CF
4、C2F6、C4F8、CHF3等のフルオロカーボン系のガス
や、H2、NH3、H2O等がある。これらをSF6やNF3に微量天
下することにより大幅なクリーニング効果の向上によ
り、装置内の塵埃発生防止が可能となる。

【００２９】本実施例では、プラズマ源としてマイクロ
波を用いたエッチング装置に関する例を示したが、高周
波電源を用いた誘導型プラズマ源を用いた半導体製造装
置、およびスパッタ、ＣＶＤ等の真空処理装置にも本発
明は適用できる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、製造装置
内壁に付着した堆積膜を効率的に除去することができ
る。これにより、処理枚数の増加により堆積膜厚が増加
し、それにより、堆積膜が剥離し易くなり、塵埃が発生
し易くなることを防止することが可能となる。

【００３１】従って、本発明によれば、製造工程におけ
る歩留まりの向上、半導体製造装置の稼働率の向上を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるエッチング装置の処理室の横断
面図。

【図２】エッチングされる基板の表面近傍の断面図の模
式図。

【符号の説明】

１…ウエハ、２…石英ベルジャー、３…メインチャンバ
ー、４…真空排気口、５…ガス導入口、６…ウエハステ
ージ、７…ウエハクランパ、８…アース、９…高周波電
源、１０…マイクロ波、１１…導波管、１２…ソレノイ
ドコイル、１３…プラズマ、１４…堆積物、１５…半導
体基板、１６…被エッチング材、１７…マスクパター
ン。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体製造装置内に導入されたガスをプラ
   ズマ化し、試料台上に設置された基板を、該プラズマに
   より処理する半導体製造装置の内部をプラズマを用いて
   クリーニング処理する半導体製造装置のドライクリーニ
   ング方法において、酸化物質を揮発性物質に転換させる
   元素を含むガスを用いたプラズマにより該半導体製造装
   置の内部に堆積した物質をクリーニングすることを特徴
   とする半導体製造装置のクリーニング方法。
2. 【請求項２】請求項１記載のクリーニングプラズマ用ガ
   スは、少なくとも炭素基を含む物質を有するガスである
   ことを特徴とする半導体製造装置のクリーニング方法。
3. 【請求項３】請求項１記載のクリーニングプラズマ用ガ
   スは、少なくとも水素基を含む物質を有するガスである
   ことを特徴とする半導体製造装置のクリーニング方法。